2024高考物理一輪復(fù)習(xí)第十一章交變電流傳感器第2講變壓器電能的輸送練習(xí)含解析魯科版

PAGE9-第2講變壓器電能的輸送考點(diǎn)一志向變壓器的工作原理和基本關(guān)系變壓器基本規(guī)律應(yīng)用【典例1】(2024·北京高考)如圖所示，志向變壓器的原線圈接在u=2202sin100πt(V)的溝通電源上，副線圈接有R=55Ω的負(fù)載電阻，原、副線圈匝數(shù)之比為2∶1，電流表、電壓表均為志向電表。下列說法正確的是 ()A.原線圈的輸入功率為2202WB.電流表的讀數(shù)為1C.電壓表的讀數(shù)為1102VD.副線圈輸出溝通電的周期為50s【通型通法】1.題型特征：志向變壓器。2.思維導(dǎo)引：【解析】選B。原線圈接在u=2202sin100πt(V)的溝通電源上，所以原線圈電壓的有效值為U1=220V，由變壓器的電壓關(guān)系U1U2=n1n2，可得副線圈電壓為U2=110V，電壓表的示數(shù)為溝通電的有效值110V，C選項(xiàng)錯(cuò)誤；副線圈的電流為I2=U2R=2A，由變壓器的電流關(guān)系I1I2=n2n1，可得通過原線圈的電流為1A，B選項(xiàng)正確特別變壓器【典例2】(2024·石家莊模擬)一自耦變壓器如圖所示，環(huán)形鐵芯上只繞有一個(gè)線圈，將其接在a、b間作為原線圈。通過滑動(dòng)觸頭取該線圈的一部分，接在c、d間作為副線圈。在a、b間輸入電壓為U1的交變電流時(shí)，c、d間的輸出電壓為U2。在將滑動(dòng)觸頭從M點(diǎn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到N點(diǎn)的過程中 ()A.U2>U1，U2降低 B.U2>U1，U2升C.U2<U1，U2降低 D.U2<U1，U2升【通型通法】1.題型特征：自耦變壓器。2.思維導(dǎo)引：【解析】選C。從圖中看到，原線圈匝數(shù)對(duì)應(yīng)整個(gè)部分，而副線圈匝數(shù)對(duì)應(yīng)的是一部分，所以該變壓器為降壓變壓器。依據(jù)志向變壓器電壓和匝數(shù)的關(guān)系U1U2=n1n2，在將滑動(dòng)觸頭從M點(diǎn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到N志向變壓器的三點(diǎn)留意(1)變壓器不能變更直流電壓。(2)變壓器只能變更交變電流的電壓和電流，不變更交變電流的頻率。(3)志向變壓器本身不消耗能量。【加固訓(xùn)練】(2024·天津高考)教學(xué)用發(fā)電機(jī)能夠產(chǎn)生正弦式交變電流。利用該發(fā)電機(jī)(內(nèi)阻可忽視)通過志向變壓器向定值電阻R供電，電路如圖所示，志向溝通電流表A、志向溝通電壓表V的讀數(shù)分別為I、U，R消耗的功率為P。若發(fā)電機(jī)線圈的轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉淼?2，則A.R消耗的功率變?yōu)?2B.電壓表V的讀數(shù)為12C.電流表A的讀數(shù)變?yōu)?ID.通過R的交變電流頻率不變【解析】選B。依據(jù)ω=2πn可知轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉淼?2，則角速度變?yōu)樵瓉淼?2，依據(jù)Em=nBSω可知電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的最大電動(dòng)勢(shì)為原來的12，依據(jù)U=Em2可知發(fā)電機(jī)的輸出電壓有效值變?yōu)樵瓉淼?2，即原線圈的輸出電壓變?yōu)樵瓉淼?2，依據(jù)n1n2=U1U2可知副線圈的輸入電壓變?yōu)樵瓉淼?2，即電壓表示數(shù)變?yōu)樵瓉淼?2，依據(jù)P=U2R可知R消耗的電功率變?yōu)?4P，A錯(cuò)誤，B正確；副線圈中的電流為I2=12U考點(diǎn)二志向變壓器的動(dòng)態(tài)分析匝數(shù)比不變，負(fù)載變更【典例3】(2024·全國卷Ⅰ)一含有志向變壓器的電路如圖所示，圖中電阻R1、R2和R3的阻值分別為3Ω、1Ω和4Ω，為志向溝通電流表，U為正弦溝通電壓源，輸出電壓的有效值恒定。當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)，電流表的示數(shù)為I；當(dāng)S閉合時(shí)，電流表的示數(shù)為4I。該變壓器原、副線圈匝數(shù)比為 ()A.2B.3C.4D.5【通型通法】1.題型特征：志向變壓器，通過開關(guān)變更負(fù)載電路。2.思維導(dǎo)引：【解析】選B。設(shè)變壓器原、副線圈匝數(shù)分別為n1、n2，當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)，電流表的示數(shù)為I，副線圈電流為n1n2I，因此有(U-IR1)I=(n1n2)2I2(R2+R3)；當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí)，電流表的示數(shù)為4I，同理有(U-4IR1)×4I=(n1n2)2(4I)負(fù)載不變,匝數(shù)比變【典例4】(多選)(2024·長沙模擬)如圖所示,志向變壓器原線圈接入電壓有效值恒定的正弦溝通電,副線圈接肯定值電阻R。調(diào)整觸頭P,使副線圈匝數(shù)變?yōu)樵瓉淼囊话?則調(diào)整前后 ()A.原線圈中的電流之比為4∶1B.副線圈中的電流之比為2∶1C.變壓器的輸入功率之比為4∶1D.變壓器的輸出功率之比為1∶2【解析】選A、B、C。使副線圈匝數(shù)變?yōu)樵瓉淼囊话?即n2'=n22,依據(jù)公式U1U2'=n1n2'及U1U2=n1n2,可得副線圈兩端的電壓變?yōu)樵瓉淼?2,所以副線圈中的電流變?yōu)樵瓉淼?2,B正確;依據(jù)公式I1'I2'=n2'n1及I1變壓器各物理量的確定關(guān)系(1)原線圈電壓U1由供應(yīng)原線圈電壓的電源確定。(2)輸入電壓U1確定輸出電壓U2，即U2隨著U1的變更而變更，因?yàn)閁2=n2n1U1，所以只要U1不變更，不論負(fù)載如何變更(3)輸出電流I2確定輸入電流I1。在輸入電壓U1不變的狀況下，U2不變。若負(fù)載電阻R增大，則由公式I=UR得：輸出電流I2減小，由P2=P1知輸入電流I1亦隨著減小；反之，若負(fù)載電阻R減小，則輸出電流I2增大，輸入電流I1(4)輸出功率P2確定輸入功率P1。志向變壓器的輸入功率和輸出功率相等，即P1=P2。在輸入電壓U1不變的狀況下，U2不變。當(dāng)用電負(fù)荷增加，輸出功率P2增大，輸入功率P1也隨著增大；反之，當(dāng)用電負(fù)荷減小，則輸出功率P2減小，輸入功率P1也隨著P2減小。【加固訓(xùn)練】如圖所示，志向變壓器原線圈接在溝通電源上，圖中各電表均為志向電表。下列說法正確的是 ()A.當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P向上滑動(dòng)時(shí)，R1消耗的功率變大B.當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P向上滑動(dòng)時(shí)，電壓表V示數(shù)變大C.當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P向上滑動(dòng)時(shí)，電流表A1示數(shù)變大D.若閉合開關(guān)S，則電流表A1示數(shù)變大，A2示數(shù)變大【解析】選B。當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P向上滑動(dòng)時(shí)，R的阻值變大，變壓器的次級(jí)線圈電壓不變，則次級(jí)電流減小，則R1消耗的功率及兩端電壓均變小，電壓表的示數(shù)等于變壓器次級(jí)電壓減去R1兩端的電壓，故電壓表的示數(shù)變大，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；由于當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P向上滑動(dòng)時(shí)，次級(jí)電流減小，故初級(jí)電流也減小，電流表A1示數(shù)變小，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；若閉合開關(guān)S，則變壓器的次級(jí)電阻減小，次級(jí)電流變大，R1的電壓變大，則電壓表V示數(shù)減小，則R2兩端電壓減小，電流表A2讀數(shù)減小，次級(jí)電流變大，則初級(jí)電流變大，則電流表A1示數(shù)變大，選項(xiàng)D錯(cuò)誤?？键c(diǎn)三遠(yuǎn)距離輸電【典例5】如圖為遠(yuǎn)距離輸電示意圖，兩變壓器均為志向變壓器，升壓變壓器T的原、副線圈匝數(shù)分別為n1、n2，在T的原線圈兩端接入一電壓u=Umsinωt的溝通電源，若輸送電功率為P，輸電線的總電阻為2r，不考慮其他因素的影響，則輸電線上損失的電功率為 ()A.(n1n2)Um24C.4(n1n2)2(PUm)2r D.4(n2n【通型通法】1.題型特征：遠(yuǎn)距離輸電，升壓變壓器，降壓變壓器。2.思維導(dǎo)引：【解析】選C。由I1=2PUm和I1I2=n2n1得Ir=I2=n12Pn2Um，則輸電線上損失的功率【多維訓(xùn)練】(2024·江蘇高考)采納220kV高壓向遠(yuǎn)方的城市輸電。當(dāng)輸送功率肯定時(shí)，為使輸電線上損耗的功率減小為原來的14， ()A.55kVB.110kVC.440kVD.880kV【解析】選C。輸電線上損耗的功率P=I2r，為使輸電線上損耗的功率減小為原來的14，電流I要減小為原來的12，當(dāng)輸送功率肯定時(shí)，輸電電壓要上升為原來的2倍，選項(xiàng)1.遠(yuǎn)距離輸電問題的“三二一”：(1)理清三個(gè)回路(如圖)。在回路2中，U2=ΔU+U3，I2=I線=I3。(2)抓住兩個(gè)聯(lián)系。①志向的升壓變壓器聯(lián)系著回路1和回路2，由變壓器原理可得，線圈1(匝數(shù)為n1)和線圈2(匝數(shù)為n2)中各個(gè)量間的關(guān)系是U1U2=n1n2，I1②志向的降壓變壓器聯(lián)系著回路2和回路3，由變壓器原理可得：線圈3(匝數(shù)為n3)和線圈4(匝數(shù)為n4)中各個(gè)量間的關(guān)系是U3U4=n3n4，I3(3)駕馭一個(gè)守恒能量守恒關(guān)系式P1=P損+P4。2.三種電壓和三種電功率的區(qū)分：三種電壓計(jì)算公式三種電功率計(jì)算公式輸電電壓U輸U(kuò)輸=P輸電功率P送P送=I線U輸輸電線上損失的電壓ΔUΔU=I線·R線輸電線上損失的電功率P損P損=I線2用戶得到的電壓降壓變壓器的輸出電壓用戶得到的電功率P用P用=I用U用【加固訓(xùn)練】如圖所示，某小型水電站的發(fā)電機(jī)輸出電壓為220V，正常狀況下輸出的總功率P0=8.8×104W，為了削減遠(yuǎn)距離輸電過程中的電能損失，往往采納高壓輸電。輸送電壓為u=11002sin200πt(V)，輸電導(dǎo)線的總電阻為r=5Ω，現(xiàn)要使額定電壓為220V的用電器正常工作，下列說法正確的是 ()A.輸電線上的電流為220B.降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比n3nC.用電器的額定功率P=5.6×104WD.用電器上的溝通電的頻率是